概述
Ballscrews for the highest demands
机械工程的多种变化、量测技术和医疗技术要求最高精度的线性驱动。Hipp 精密磨削滚珠丝杠正是为这些要求而设计。无论是在生产机器人还是手术显微镜中，我们的滚珠丝杠都能实现精确且快速的线性运动。我们的开发人员也会为您的特殊要求制定适当的解决方案。
一般资讯
General information
滚珠丝杠将旋转运动转换为线性运动。钢球是滚珠丝杠主轴和螺母之间的滚动元件。滚珠丝杠的动态与定位精度主要取决于制造精度以及规定公差的技术实现。
滚珠丝杠相对于导螺杆的优点
- 使用寿命显著更长
- 移动速度非常高
- 发热量低
- 无粘滑效应
- 定位精度非常高
- 效率非常高
- 所需输入功率较小
- 适当预紧下无轴向游隙
螺纹轮廓
Thread profile
我们的滚珠丝杠采用「哥德式拱形」滚道轮廓，钢球直径与滚道半径取得最佳关系，使主轴与螺母之间形成约 45° 的接触角。这使我们的滚珠丝杠在最大轴向载荷下具有优异的运转特性。所有微型滚珠丝杠的钢球滚道轮廓，均在热处理后以最先进的机器进行磨削。
哥德式拱形滚道轮廓与 45° 接触角示意
螺母系统
Nut systems
- 低间隙单螺母（Low-play single nut）
- 消除齿隙预紧单螺母（Anti-backlash pre-loaded single nut）
- 消除齿隙预紧双螺母（Anti-backlash pre-loaded double nut）
- 壳体内弹簧预紧双螺母（Spring pre-loaded double nut in the housing）
预紧
Pre-loading
预紧力是螺母系统内用于提高定位精度的轴向力。由于我们的滚珠丝杠制造极为精确，标准情况下可采用四点系统进行预紧，借此获得最佳的额定值。
材料
Materials
我们标准采用以下材料：
| 元件 | 材料 | 硬度 |
|---|---|---|
| 滚珠丝杠主轴 | Cf53 | 钢球滚道硬化至 60 ±2 HRC |
| 滚珠丝杠螺母 | 100Cr6 | 硬化至 60 ±2 HRC |
| 钢球 | 100Cr6 | 硬化至 60 ±2 HRC |
不锈钢版本（依要求提供）：
| 元件 | 材料 | 硬度 |
|---|---|---|
| 滚珠丝杠主轴 | 1.4112 | 钢球滚道硬化至 56 ±2 HRC |
| 滚珠丝杠螺母 | 1.4034 | 硬化至 56 ±2 HRC |
| 钢球 | 1.4034 | 硬化至 56 ±2 HRC |
注意
不锈钢版本的 Cstat 与 Cdyn 降低约 20%。
公差等级
Tolerance classes
Karl Hipp GmbH 滚珠丝杠依 DIN ISO 3408 制造，公差等级为 1 至 10。有效行程 lu 的公差等级与公差符合 ISO/DIS 286/1。
| 量测长度 [mm] | IT1 [µm] | IT3 [µm] | IT5 [µm] | IT7 [µm] |
|---|---|---|---|---|
| – 315 | 6 | 12 | 23 | 52 |
| 316 – 400 | 7 | 13 | 25 | 57 |
| 401 – 500 | 8 | 15 | 27 | 63 |
| 501 – 630 | 9 | 16 | 30 | 70 |
| 631 – 800 | 10 | 18 | 35 | 80 |
| 801 – 1000 | 11 | 21 | 40 | 90 |
| 1001 – 1250 | 13 | 24 | 46 | 105 |
| 1251 – 1600 | 15 | 29 | 54 | 125 |
| 1601 – 2000 | 18 | 35 | 65 | 150 |
| 2001 – 2500 | 22 | 41 | 77 | 175 |
| 2501 – 3150 | 26 | 50 | 93 | 210 |
公差符合 DIN ISO 3408-3。
品质
Quality
Karl Hipp GmbH 自 1997 年起获得 DIN ISO 9001 认证。所有滚珠丝杠均使用最先进的测量与测试机器进行检验，并相应编码。
可依要求提供以下测试报告
- 导程精度（Lead accuracy）
- 扭矩（Torque）
- 形状和位置公差（Shape and positional tolerances）
- 尺寸公差（Dimensional tolerances）
Karl Hipp GmbH · DIN EN ISO 9001:2015 认证（Intertek 颁发）
效率
Efficiency
我们区分理论效率与实际效率。实际效率与摩擦系数取决于以下因素：
- 负载（Load）
- 速度（Speed）
- 润滑（Lubrication）
以下公式用于计算滚珠丝杠的效率：
| 导程角 | tan α = P / (do · π) α = 导程角 [°]、P = 导程 [mm]、do = 钢球节圆直径 [mm] |
|---|---|
| 扭矩转换为纵向力 | η = tan α / tan (α + ρ) ρ = 摩擦角 [°]，约 0.2° 至 0.35° |
| 纵向力转换为扭矩 | η' = tan (α − ρ) / tan α |
| 实际效率 | ηp = η · 0.9 0.9 为负载、速度与润滑的平均值 |
刚度
Rigidity
滚珠丝杠的刚度影响其几何精度与定位精度。在我们的微型滚珠丝杠中，采用四点预紧的零间隙单螺母，以获得非常好的刚度值。
静载荷
Static rating
静载荷是同轴作用的轴向载荷，对应于钢球或钢球滚道在应力最大接触区域的总永久变形不超过钢球直径的 0.0001 倍。不锈钢版本的静载荷降低约 20%。
动载荷
Dynamic rating
动载荷是同轴轴向载荷，在此负载下滚珠丝杠可达到 1000 万次循环的标称寿命。不锈钢版本的动载荷降低约 20%。
径向载荷
Radial loads
径向载荷可能因安装公差而产生，但应保持在最小轴向载荷的 5% 以下。
速度
Speeds
设计滚珠丝杠时，应留意临界弯曲速度（此时主轴会发生共振）以及最大速度，这两者在很大程度上取决于螺母设计以及所使用钢球回流系统的类型。
最大转速准则 [1/min]
| 导程 [mm] | 4 | 6 | 8 | 10 | 12 | 16 | 20 | 25 | 32 | 40 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0.5 | 4,000 | – | – | – | – | – | – | – | – | – |
| 1 | 4,500 | 4,500 | 3,200 | – | 1,800 | – | – | – | – | – |
| 2 | – | 4,500 | 4,200 | 4,000 | 3,400 | 3,000 | – | – | – | – |
| 2.5 | – | – | 4,200 | – | 3,400 | 3,000 | – | – | – | – |
| 3 | – | – | – | – | 3,400 | – | – | – | – | – |
| 4 | – | – | 4,200 | – | 3,600 | 4,000 | – | – | – | – |
| 5 | – | – | 4,000 | – | 3,600 | 4,200 | 4,000 | 3,800 | 3,500 | 2,700 |
| 10 | – | – | – | – | 3,600 | 4,200 | 4,000 | 3,800 | 3,500 | 3,000 |
「–」表示原厂目录未提供对应数值。
延伸阅读
See also
寿命计算、润滑、组装规范、刮油器与工作温度
以上内容属「寿命与润滑」章节（Karl Hipp 产品目录第 14 页 · Lifetime / Lubrication / Assembly specifications / Wiper / Operating temperature），完整内容请参见 寿命、润滑与组装 页面。